低副瓣的漏波天線的製作方法

2023-05-23 07:28:21

專利名稱：低副瓣的漏波天線的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種可應用於微波毫米波無線通信、衛星通信、雷達探測等領域的漏波天線，可作為頻率掃描天線使用，屬於微波毫米波天線設計和製造的技術領域。
背景技術：
在各種無線通信和雷達系統中，信息的發射與接受均依賴於天線。行波天線是非常重要的一類天線，其可分為表面波天線和漏波天線兩大類。其中，漏波天線將功率約束於傳輸線內，在允許功率逸出的開口處輻射，且輻射出與線源軸線成一定角度的斜射波束。此類天線具有若干優點，如較窄的半功率波瓣寬度、高效率、頻率掃描能力等。與其它類型的波導縫隙漏波天線相比，連續長槽漏波天線不僅擁有相似的優異性能，而且其設計與加工過程更為簡便。例如，在波導寬邊的金屬壁上開一根直的長縫隙，即可以的得到最為簡單的一種連續長槽漏波天線直長槽漏波
天線。其可以極為方便的得到中等增益(15-20dB)的波束，而且其加工精度很高、容差性能很好，但無法實現對輻射方向圖的賦形。另一種常見的連續長槽漏波天線——彎曲長槽漏波天線利用長槽弧度的變化，即槽的不同位置距中心線的偏移量不同，可以方便地對遠場輻射方向圖進行賦形，從而實現所需的副瓣電平。但這種彎
曲長槽漏波天線也存在一些問題，集中表現為由於不對稱的彎曲縫隙對交叉極化電平的惡化和普通加工工藝無法保證對彎曲長槽加工的精度。與之類似，在彎曲的波導寬壁上開長直槽，波導的彎曲形狀由所需要的輻射方向圖決定，也可以得到低副瓣的漏波天線。這種彎曲波導直長槽漏波天線可以有效地避免交叉電平的惡化，但彎曲波導的加工更為困難，故無法真正地投入實用。
因此，我們利用新型傳輸線結構——基片集成波導來實現波彎曲導直長槽漏波天線。由於基片集成波導的側壁是由兩排金屬化通孔構成，利用普通的印刷電路板
工藝(PCB)即可精確地對孔的位置進行定位，從而實現任意形狀的彎曲側壁，以滿
足設計需求。與此同時，普通的印刷電路板工藝在介質基片覆銅層上蝕刻彎曲長槽的加工精度並不高，但對直槽，尤其是長直槽的加工精度和容差非常好。此外，基片集成波導是一平面電路結構，具有一系列的優點，如低剖面、低損耗、加工成本低、可重複性好，在毫米波應用中能保持優良的性能。

發明內容
技術問題本實用新型的目的是提出一種低副瓣的漏波天線，可以實現低副瓣的輻射方向圖設計，同時具有很好的交叉極化特性。整個天線採用基片集成波導進行設計，其容差性能優異、加工精度高，能直接與射頻電路相集成，具有損耗低，成本低，容易大批量生產等特點。
技術方案本實用新型的低副瓣的漏波天線為一平面電路結構，上層金屬敷銅面、下層金屬敷銅面分別位於介質基片的上、下表面，兩排彎曲排列的金屬化通孔穿過介質基片將上層金屬敷銅面、下層金屬敷銅面相連接形成彎曲的基片集成波導；彎曲的基片集成波導的上層金屬敷銅面上的兩排彎曲排列的金屬化通孔之間蝕刻有一根長直槽；輸入埠位於所述的基片集成波導的一端，輸出埠位於所述的基片集成波導的另一端，工作時輸出埠接50歐姆匹配電阻。
所述的金屬化通孔構成的基片集成波導彎曲的側壁在不同位置距長直槽中心線的偏移量由所需遠場輻射方向圖和副瓣電平來確定。
本實用新型中的毫米波彎曲基片集成波導直長槽漏波天線的波束指向隨工作頻率的變化而進行連續的掃描，隨工作頻率的增加，掃描波束的指向朝漏波傳播的方向移動。
有益效果本實用新型具有以下優點
l:)根據需要，能設計出低副瓣的漏波天線，對遠場輻射方向圖進行賦形。2:)隨工作頻率的變化，波束的指向變化，實現較寬角度範圍的連續掃描。3:)具有很好的交叉極化性能。
4:)可利用普通印刷電路板工藝進行製作，成本低，精度高、容差性能好，易
於大規模生產、可重複性高。5:)結構平面化、集成化。
6:)工作於毫米波頻段時，損耗低、互耦小、性能優異。

圖1是本實用新型低副瓣的漏波天線的剖面結構示意圖，
圖2是本實用新型低副瓣的漏波天線的平面結構示意圖，
圖中有上層金屬敷銅面l、下層金屬敷銅面2、介質基片3、金屬化通孔4、直長槽5、直長槽位置51、直長槽中心線距基片集成波導側壁的偏移量52、輸入埠 61、輸出端62。
具體實施方式

本實用新型中的低副瓣的漏波天線包括上層金屬敷銅面1、下層金屬敷銅面2、介質基片3、金屬化通孔4、直長槽5、輸入埠 61、輸出埠 62;上層金屬敷銅面1、下層金屬敷銅面2分別位於介質基片3的上下表面，金屬化通孔4穿過介質基片3與上層金屬敷銅面1、下層金屬敷銅面2相連接形成彎曲的基片集成波導；彎曲的基片集成波導的上層金屬敷銅面1上蝕刻有一根長直槽5;輸入埠 61與毫米波彎曲基片集成波導直長槽漏波天線的一端相連，輸出埠 62與毫米波彎曲基片集成波導直長槽漏波天線的另一端相連，工作時輸出埠 62接50歐姆匹配負載以吸收剩餘能量。在不同直長槽位置51，直長槽中心線距金屬化通孔4構成的基片集成波導側壁的偏移量52可由下述計算機輔助設計的方法確定1)確定基片集成波導的尺寸。預先確定遠場輻射輻射方向圖波束的指向仏工作頻率為/，基片集成波導使用的介質基片3的介電常數e"利用式(1)確定基片集成波導寬度a，基片集成波導金屬化通孔4孔徑為d，孔間距為"
2) 利用電磁仿真軟體對一組直的基片集成波導進行建模，每一個直的基片集成波導的寬壁上開有一根直長槽5，不同基片集成波導上的直長槽中心線距基片集成波導側壁的偏移量52不同。在仿真時，基片集成波導的上層金屬敷銅面1、下層金屬敷銅面2、金屬化通孔4設置為無金屬導體損耗，基片集成波導的介質基片3設置為無介質損耗。通過仿真得到輻射因子a與直長槽中心線距基片集成波導側壁的偏移量52的關係。
3) 根據所需要的方向圖，確定所需的口徑面電流分布J (/)。設定直長槽5的總長度為Z，剩餘能量A，利用式(2)確定在不同直長槽位置51 (即不同/處)所需的輻射因子《 (/)。再利用步驟2)中得到的輻射因子ct與直長槽中心線距基片集成波導側壁的偏移量52的關係，來確定在不同直長槽位置51，所需的直長槽中心線距基片集成波導側壁的偏移量52。
通過以上步驟，在中心頻率35GHz處實現毫米波彎曲基片集成波導直長槽漏波
〖|《)|2《-〖|《)|2《天線，並測試其整體性能。基片選用Rogers Duroid 5880，其介質常數為2.2，厚 度1. 575mm。在33GHz到37. 5GHz的頻率範圍內，該漏波天線的回波損耗均優於10dB。 該漏波天線的輻射方向圖在暗室裡測試。在中心頻率35GHz處，測得其增益為 12. 36dB，副瓣電平為-27. 86dB，交叉極化電平為-40. 14dB， 3dB波瓣寬度為14. 76° , 波束指向為38.5。，輻射效率為65.7%。根據漏波天線的特點，在不同工作頻率， 其波束指向不同，可作為頻率掃描天線。因此，在32. 5GHz到37. 5GHz的頻率範圍 內測試該漏波天線的輻射方向圖，測試結果見下表。
工作頻率~波束指向~增益副瓣電平半功率波瓣寬度
32. 5 GHz
33 GHz 33.5 GHz
34 GHz
34. 5 GHz
35 GHz
35. 5 GHz
36 GHz 36.5 GHz
37 GHz 37. 5 GHz
10. 3dB-22.53dB16.61。
11. 15dB-23.82dB15. 56°
11.25dB_26.58dB15.42。
11.67dB-25.96dB15. 25°
11.83dB-25.15dB15.4°
12. 02dB-26.03dB15. 26°
12. 29dB-23.73dB15.01°
12. 8dB-23.79dB14. 22°
13. 29dB-22.02dB13.11°
13.84dB-22.28dB12.03°
12. 7dB一19.31dB10. 26°
30.2° 33.5° 36°
38. 1°
39. 2° 41. 80 43. 5° 45.8° 48. 1°
9
4 -R5
2 權利要求1.一種低副瓣的漏波天線，其特徵在於該漏波天線為一平面電路結構，上層金屬敷銅面(1)、下層金屬敷銅面(2)分別位於介質基片(3)的上、下表面，兩排彎曲排列的金屬化通孔(4)穿過介質基片(3)將上層金屬敷銅面(1)、下層金屬敷銅面(2)相連接形成彎曲的基片集成波導；彎曲的基片集成波導的上層金屬敷銅面(1)上的兩排彎曲排列的金屬化通孔(4)之間蝕刻有一根長直槽(5)；輸入埠(61)位於所述的基片集成波導的一端，輸出埠(62)位於所述的基片集成波導的另一端，工作時輸出埠(62)接50歐姆匹配電阻。
2. 根據權利要求1所述的低副瓣的漏波天線，其特徵在於所述的金屬化通孔 (4)構成的基片集成波導彎曲的側壁在不同位置距長直槽(5)中心線的偏移量由所需遠場輻射方向圖和副瓣電平來確定。
專利摘要低副瓣的漏波天線涉及一種可應用於微波毫米波無線通信、衛星通信、雷達探測等領域的漏波天線，可作為頻率掃描天線使用，該漏波天線為一平面電路結構，上層金屬敷銅面(1)、下層金屬敷銅面(2)分別位於介質基片(3)的上、下表面，兩排彎曲排列的金屬化通孔(4)穿過介質基片(3)將上層金屬敷銅面(1)、下層金屬敷銅面(2)相連接形成彎曲的基片集成波導；彎曲的基片集成波導的上層金屬敷銅面(1)上的兩排彎曲排列的金屬化通孔(4)之間蝕刻有一根長直槽(5)；輸入埠(61)位於所述的基片集成波導的一端，輸出埠(62)位於所述的基片集成波導的另一端，工作時輸出埠(62)接50歐姆匹配電阻。
文檔編號H01Q13/22GK201413868SQ20092004405
公開日2010年2月24日 申請日期2009年6月10日 優先權日2009年6月10日
發明者柯 吳, 偉 洪, 程鈺間 申請人:東南大學